VII-Mujica-Venezuela-1 PROPUESTA TÉCNICA PARA LA ADECUACIÓN DE LAS AGUAS DEL LAGO DE VALENCIA PARA SU USO EN LA INDUSTRIA PAPELERA

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1 VIIMujicaVenezuela1 PROPUESTA TÉCNICA PARA LA ADECUACIÓN DE LAS AGUAS DEL LAGO DE VALENCIA PARA SU USO EN LA INDUSTRIA PAPELERA Mujica F, Viky C 1. Ingeniero Quimico. MSc. en Ingeniería Ambiental. Mención: Tratamiento de Aguas. Universidad de Carabobo. Profesor Ordinario. Tiempo Completo en el área de Termodinámica. Departamento de Ingeniería Química. Facultad de Ingeniería. Universidad de Carabobo. Experiencia Industrial en el área de formulación y desarrollo de nuevos productos en pinturas, sistemas de tratamiento de agua para torres de enfriamiento y plantas de tratamiento en una industria autimotriz. Pérez A, Cathy Z. Ingeniero Químico. Magíster en Administración de Empresas. Mención: Gerencia. Universidad de Carabobo y MSc Engineering Management. Major Process and Environmental. Florida. USA. Profesor Titular Dedicación Exclusiva. Escuela de Ingeniería Química. Facultad de Ingeniería. Universidad de Carabobo. Consultor de evaluación y calidad de los procesos, administración y pensamiento estratégico y gerencia de mercado. Granado Mailuz. Ingeniero Químico. Universidad de Carabobo. Dirección: Campo de Carabobo. Sector Barrera. Calle Amor Patrio. Casa Nº 56. Telf: Dirección 1 : Av. Intercomunal San Diego. Residencias Arauca. Casa Nº42. Telf: / / vcmujica@gmail.com; direscquimica@uc.edu.ve;vmujica@uc.edu.ve RESUMEN La investigación tiene como objetivo proponer alternativas para la adecuación de las aguas del Lago de Valencia para su uso en la industria papelera, con la finalidad de presentar una fuente de abastecimiento que garantice un suministro continuo bajo los requerimientos de este tipo de industrias. La demanda actual de agua fresca de la empresa en estudio es de1464 Gal/min; siendo la misma altamente alcalina con valores de hasta 253,64, con una dureza total de 305,70 y una gran cantidad de sólidos disueltos totales de 719,08. Estos valores otorgan al agua una alta probabilidad de causar incrustaciones en sistema de distribución y suministro de agua fresca. El agua proveniente del Lago, se caracteriza por poseer alta polución de materia orgánica, concentraciones de nitrogeno y fósforo total de 2,88 y 0,94 respectivamente. La relación DBO/DQO para las aguas del Lago es de 0,1 por tanto el tipo de tratamiento requerido es fisicoquímico, se selecciona ablandamiento por precipitación química con cal y soda con dosis de 600 y 150 respectivamnete. Con la aplicación del tratamiento se logra reducir la alcalinidad en un 61.4%, el color en 96,4%, la dureza en 79,6%, el fósforo total en 82,4%, los sólidos disueltos en 38,7%, los sólidos suspendidos en 94,1% y en 82,9% la turbiedad. Al aplicar el método gráfico para la valoración de los recursos hidrícos basado en curvas de eficiencia económica se obtiene una relación costo beneficio de 1.038, valor que confirma la factibilidad y viabilidad de la aplicación del sistema de tratamiento propuesto. Palabras Claves: Lago de Valencia, abastecimiento, precipitación química, ablandamiento, alcalinidad INTRODUCCIÓN Ante el creciente aumento de la actividad industrial en el Estado Carabobo, en especial la industria papelera que demanda grandes cantidades de agua para su proceso productivo, se ha creado la necesidad de la búsqueda de alternativas que generen fuentes de abastecimiento para satisfacer los requerimientos de agua. Debido a este crecimiento de actividades, se presenta el deterioro de los

2 acuíferos ubicados en la cuenca del Lago de Valencia, los cuales son explotados a través de pozos. Este deterioro ocasiona la disminución del agua disponible, lo cual crea una ambiente de incertidumbre ante la inminente escasez de agua para el abastecimiento futuro. La empresa en estudio se prevé en los próximos 10 años una producción de 170TM/día de pulpa, requiriéndose cada vez un mayor consumo de agua a expensas de pozos que suministran agua fresca a la empresa, presenta un descenso considerable del nivel freático. OBJETIVOS La investigación tiene como objetivo proponer una alternativa técnica para la adecuación de las aguas del Lago de Valencia, para su uso en la industria papelera y de esta manera proporcionar una fuente de abastecimiento que garantice el suministro continuo en condiciones aptas y cumpliendo los estándares de calidad. METODOLOGÍA Y ACTIVIDADES DESARROLLADAS Inicialmente se determinan los requerimientos actuales de agua en los procesos productivos de la planta, considerándose la distribución del agua por etapa y los registros de agua fresca proveniente de los pozos alimentada al proceso. Seguidamente se realiza una caracterización fisicoquímica del agua de alimentación, para establecer las especificaciones y requerimiento de calidad que debe cumplir el agua para la elaboración de papel. Los parámetros considerados son: alcalinidad, calcio, color, conductividad, DBO, DQO, dureza, magnesio, nitrógeno total, fósforo total, sodio, ST, SDT, SST, sulfato y turbiedad. También se realiza una caracterización in situ, sobre las características de calidad del agua del Lago de Valencia, monitoreándose los parámetros mencionados anteriormente para el agua de alimentación. Posteriormente, se determina mediante la relación DBO/DQO el tipo de tratamiento que permita la adecuación de las aguas del Lago a las características de calidad del agua utilizada en la industria papelera en estudio. Luego se realiza una selección de las alternativas de tratamiento, aplicando la técnica de jerarquización de escalas predefinidas de importancia, estableciendo jerarquías en los factores de decisión a través de la técnica de medida de la utilidad multiatributo (MUMA). Una vez obtenida la alternativa se realiza la ingeniería básica y se especifica el sistema de tratamiento propuesto. Finalmente se determina la inversión inicial de la alternativa y los costos asociados al mantenimiento de la misma y la relación costobeneficio. RESULTADOS Los requerimientos actuales de la planta se ubican en 1464Gal/min que incluyen: las cinco máquinas de papel, generación de energía, planta de pulpa y destintado y tanque elevado. La producción de agua fresca se ubica en 1500 Gal/min proveniente de 13 pozos profundos, 9 de ellos ubicados en áreas externas de la empresa y el resto dentro de sus instalaciones, al analizar éstos resultados se evidencia que el consumo actual está muy cercano a la producción de agua fresca, representando esto una limitante para el aumento de la producción de papel, por no contar con otra fuente de abastecimiento que pueda cubrir las necesidades que se generen del aumento en la producción. La empresa tiene previsto para los próximos 10 años un aumento en la producción desde 100 a 170TM/día de pulpa requiriéndose para ello un mayor consumo de agua, que a la fecha no sé esta en capacidad de proveer. Por tanto, esta situación obliga a la búsqueda de alternativas de suministro de agua para garantizar la producción de papel. Las caracterizaciones fisicoquímicas realizadas al agua fresca y a la proveniente del Lago se muestran en la tabla 1, donde se observa para el agua del Lago altas concentraciones DBO, nitrógeno, fósforo, ST y alcalinidad por encima de los valores reportados para en agua fresca. También se evidencian altos valores en los parámetros de color, conductividad, turbidez y ph. Todos los resultados fuera de especificación, demuestran la necesidad de aplicar algún tipo de tratamiento a las aguas del Lago para lograr su adecuación a los requerimientos de la empresa, tomando como referencia y patrón de comparación las características del agua fresca alimentada a la planta, con el objeto de garantizar el suministro en condiciones aptas para los procesos. Para el agua fresca las concentraciones de

3 alcalinidad, dureza y ST están en: 253,58, 305,70, 719,58 respectivamente, características de ser altamente incrustante que puede causar taponamientos en los sistemas de distribución y equipos de bombeo. Tabla 1. Caracterización fisicoquímica de las aguas del Lago de Valencia Parámetros Alcalinidad Calcio Color Conductividad DBO 5 Demanda iónica DQO Dureza cálcica Dureza magnésica Dureza total Magnesio Nitrógeno total Fósforo total ph Sodio SDT SST ST Sulfato Temperatura Turbiedad Unidades PtCo µmhos/cm mgdbo/l µeq/g mgdqo/l adim ºC NTU Requerimiento teórico Agua Fresca 253,58 39,67 1,57 684,67 1,37 +0,03 52,81 99,04 206,63 305,70 50,21 2,40 0,72 7,98 301,92 719,08 4,67 723,00 56,08 28,57 0,86 Agua Lago de Valencia 499,47 50,18 56, ,50 6,63 0,03 91,57 146,98 299,20 445,10 95,87 2, ,95 235,60 914,83 51,00 965,83 438,17 26, La relación DBO/DQO para las aguas del Lago es de 0,1 indicativo que es poco biodegradable, por tanto el tipo de tratamiento para la adecuación es fisicoquímico. Como alternativas para el tratamiento se tienen: ablandamiento por precipitación química con calsoda y desalación por osmosis inversa, como tratamientos complementarios a los de filtración, coagulación y floculación Al aplicar las técnicas de jerarquización de escalas predefinidas de importancia y de utilidad multiatributo (MUMA) considerando los factores: disponibilidad de materia prima, ambiente, necesidad de personal y compatibilidad con instalaciones existentes, necesidades energéticas y recursos, costos, seguridad y eficiencia; se obtienen valores de utilidad para la alternativa ablandamiento por precipitación química y desalación por osmosis inversa de 7727 y 6516 respectivamente. De estos resultados se evidencia que la que genera mayor utilidad; es decir, mayores beneficios es el ablandamiento por precipitación química con calsoda. La propuesta definitiva para el acondicionamiento del agua del Lago es la siguiente: un sistema de desbaste, seguido de una filtración, luego una unidad de coagulaciónfloculaciónsedimentación, posteriormente se aplica el ablandamiento por precipitación química con calsoda y finalmente un sistema de filtración. Al realizar una prueba a nivel de laboratorio para evidenciar la efectividad del sistema propuesto, se utilizan 100 de coagulante policloruro de aluminio, de floculante tipo polimérico, 600 de cal y 150; se obtienen los resultados que se muestran en la tabla 2 donde se observa el comportamiento de las características del agua a medida que es sometida al esquema de tratamiento propuesto. En la tabla 3 se presentan los porcentajes de reducción obtenidos en los parámetros fisicoquímicos en: 61.4% de alcalinidad, 96,4% en color, 79,6% de duraza total, 84,2% de fósforo total, 38,7% de sólidos disueltos, 94,1% de sólidos suspendidos y 82,9% de turbiedad.

4 Tabla 2. Comportamiento del agua proveniente del Lago de Valencia al aplicar el tratamiento propuesto. Parámetros Unidades Agua fresca Alcalinidad Calcio Color Conductividad DBO 5 Demanda iónica DQO Dureza cálcica Dureza magnésica Dureza total Magnesio Nitrógeno total Fósforo total ph Sodio SDT SST ST Sulfato Temperatura Turbiedad PtCo µmhos/cm mgdbo/l µeq/g mgdqo/l adim ºC NTU 253,58 39,67 1,57 684,67 1,37 +0,03 52,81 99,04 206,63 305,70 50,21 2,40 0,72 7,98 301,92 719,08 4,67 723,00 56,08 28,57 0,86 Agua Lago de Valencia 499,47 50,18 56, ,50 6,63 0,03 91,57 146,98 299,20 445,10 95,87 2, ,95 235,60 914,83 51,00 965,83 438,17 26, Filtración previa 459, , ,77 Coagulaciónfloculaciónsedimentación 368, , ,63 7, ,3 4,53 Ablandamiento Filtración final 321, , , , , ,665 1,956 7, ,6 1,49 Tabla 3. Porcentaje de reducción en los parámetros de calidad del agua del Lago aplicado el tratamiento propuesto Parámetros Unidades Porcentaje de Reducción, % Alcalinidad Color Dureza total Fósforo total Sólidos disueltos totales Sólidos suspendidos totales Turbiedad PtCo NTU 61,4 96,4 79,6 84,2 38,7 94,1 82,9 El sistema propuesto garantiza la calidad del agua requerida para los procesos productivos en la papelera. Se proyecta la construcción de una planta de tratamiento con una capacidad de 2000Gal/min del agua proveniente del Lago, La inversión inicial para el sistema propuesto y los costos asociados para el manteniendo son de US$ 308,303, y US$/año 134,928, respectivamente. Al considerar los costos actuales por el suministro de agua fresca los cuales son de 254, U$/año la relación costo beneficio se ubica en 1.4 indicando este valor que existirá una recuperación de los costos del proyecto.

5 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES El requerimiento promedio actual de agua fresca es de 1464Gal/min, mientras que la producción de los pozos es de 150Gal/min. Con el sistema propuesto se logra una disminución las concentraciones en los principales parámetros fisicoquímicos del agua a medida que se cumplen cada una de las etapas de tratamiento propuesta. El sistema de tratamiento para las aguas de lago puede manejar 2000Gal/min, garantizándose de esta forma la demanda de agua actual y la futura para industria papelera en estudio. Se recomienda implantar la propuesta de suministro del agua proveniente del Lago de Valencia como una alternativa para cubrir la demanda actual y futura ante un aumento inminente en la producción de papel. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS 1. Arocha, L. (2005). Inventario del aprovechamiento de las aguas superficiales y subterráneas de la cuenca del Lago de Valencia. Dirección de aguas del municipio San Diego. Valencia. Venezuela. 2. Canter, L. (1998). Manual de evaluación de impacto ambiental. 2 da ed. España: Mc Graw Hill. 3. Fournier, M. (2000). Manual de operaciones de la planta de pulpa y la planta de destintado. 2 da ed. Guacara. Venezuela. 4. Gaceta Oficial de la República de Venezuela N 5305, Decreto 3219 (1999). Normas para la clasificación y control de la calidad de las aguas de la cuenca del Lago de Valencia. 5. García y Colom. (2001). Retos medioambientales de la industria papelera. Revista de Ingeniería Química. (380), Gerard, K. (1999). Ingeniería ambiental, fundamentos, entornos, tecnologías y sistemas de gestión. Madrid: Mc Graw Hill. 7. Guevara E y Cartalla E. (2004). Hidrología ambiental. Valencia: Universidad de Carabobo. Valencia. Venezuela. 8. Hernández, C. (2004). Elementos que conforman los flujos monetarios asociados con los proyectos de inversión. Universidad de Carabobo. Valencia. Venezuela. 9. Heinke y Glynn. (1999). Ingeniería ambiental. México: Pearson. 10. Leal y Valles (2004). Situación actual de la calidad del agua en la cuenca del Lago de Valencia. Ministerio del Ambiente y de los Recursos Naturales. Maracay. Venezuela. 11. McCarty, Parkin y Sawyer. (2001). Química para ingeniería ambiental. 4 ta ed. Bogota: Mc Graw Hill. 12. Metcalf y Eddy. (1996). Ingeniería de aguas residuales. México: Mc Graw Hill. 13. Morín, S. (2002). Gerencia del manejo de las aguas, influente, proceso y efluente. 2 da ed. Guacara. Venezuela. 14. Kemmer y McCallion. (1992). Nalco: Manual del agua. México: Mc Graw Hill Pérez, J. (1999). Aspectos económicos de los instrumentos de política ambiental para el aprovechamiento y control de la contaminación de los recursos hídricos en Venezuela. CIDIAT. Mérida. Venezuela. 16. Perry, R. (1992). Manual del ingeniero químico. Tomos I y II. 6 ta ed. México: Mc Graw Hill. 17. Rivas, G. (1978). Tratamiento de aguas residuales. 2 da ed. Madrid: Ediciones Vega. 18. Rodríguez, M. (2000). Calidad de las aguas próximas a un vertedero. Revista de Ingeniería Química. (373), 219.

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